藍牙低功耗（BLE）最適合物聯(lián)網(wǎng)應用嗎？

　　通向500億個智能物的道路

　　1999年，著名記者Neil Gross曾經(jīng)寫道：(1)“在下個世紀，地球?qū)⑴弦粔K電子皮膚。它將把互聯(lián)網(wǎng)當作支撐和傳送其感覺的骨架，這塊皮膚正被縫合成一片?！辈怀鯣ross所料，我們今天已經(jīng)迎來這塊連續(xù)的皮膚：物聯(lián)網(wǎng)。

　　物聯(lián)網(wǎng)(IoT)通常被定義為這樣一個場景：每個物體、動物和/或人被賦予唯一的標識以及在無需人人交互或人機交互的情況下通過網(wǎng)絡傳送數(shù)據(jù)的能力。據(jù)Cisco互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務解決方案事業(yè)部(IBSG)預測， (2)到2020年，將有500億個“物”通過物聯(lián)網(wǎng)互連。物聯(lián)網(wǎng)由傳感器、連接和互聯(lián)網(wǎng)推動。所有連入網(wǎng)絡的“物”都將配備傳感器或致動器。傳感器采用一種通俗易懂并可被主設備(如計算機、手機等)檢測到的通信模式與后者通信。

　　物聯(lián)網(wǎng)革命最著名的成就之一是由荷蘭新創(chuàng)公司Sparked發(fā)明的“牛傳感器”。這些傳感器被安裝在牛耳上，能夠監(jiān)測牛的生命體征，并在檢測到牛生病或懷孕時向農(nóng)場主發(fā)送信息，從而讓后者能夠更好地監(jiān)控這些牲畜的健康狀況。類似的突破還發(fā)生在醫(yī)療(無線心臟監(jiān)測器)、服裝(智能鞋)、消費電子(智能冰箱)等其它領域。

　　物聯(lián)網(wǎng)理念直接引發(fā)了無數(shù)的可能性。人們可以將傳感器/致動器安裝在任何物上(讓它們成為“智能物”)。傳感器檢測和測量某些參數(shù)(例如：心率、跑步/走路速度、寵物的行走方向等)。這些數(shù)據(jù)通過無線方式被傳送到一個主設備(如手機或PC)。因此，物聯(lián)網(wǎng)的過程就是檢測、測量和通信。

　　為了讓一個成功的物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境蓬勃發(fā)展，我們需要主從設備之間以及從設備之間實現(xiàn)經(jīng)濟高效的通信。有效的通信需要以下條件：

　　1. “物”處于活動狀態(tài)，而且正在傳送數(shù)據(jù);

　　2. 主從設備在通信距離內(nèi);

　　3. 有互操作性(即接收器能讀懂所傳送的消息)

　　4. 數(shù)據(jù)與主設備相關。

　　與此同時，我們還必須確保通信能夠快速完成，不會耗盡設備的電池電量。

　　無線通信系統(tǒng)

　　物聯(lián)網(wǎng)中的連接通常利用無線通信。有很多無線通信系統(tǒng)可供選擇。哪種通信技術(shù)最合適取決于應用的類型和要求。根據(jù)應用需求，我們可以將物聯(lián)網(wǎng)通信要求分為以下幾類：

　　1. 短距離和長距離：一個設備距離主設備或另一個設備多遠仍能可靠地與其通信?上述的牛傳感器是一個長距離應用。另一方面，很多生活方式、家庭自動化、PC外設和醫(yī)療應用只需要短距離通信。

　　2. 對低功耗通信的需求：對于工業(yè)應用而言，某些設備會連接電源(或使用大容量電池)，因此可能不需要低功耗通信。但是，可穿戴電子設備等應用通常使用紐扣電池，低功耗通信是一項迫切要求。未來幾年，這類應用會是物聯(lián)網(wǎng)的主要增長點。

　　3. 短突發(fā)或連續(xù)的數(shù)據(jù)傳送：某些設備需要連續(xù)不斷地通信，而另一些設備只需周期性地以短突發(fā)方式發(fā)送數(shù)據(jù)。用于描述這些傳送方法的指標是占空比(單個周期內(nèi)信號處于活動狀態(tài)的占比(%))。因此，設備可以被分類為低占空比和高占空比設備。

　　4. 對專有或標準通信技術(shù)的需求： 有很多專有(由一家公司發(fā)明和擁有)和標準(由一個行業(yè)組織和多家廠商定義和遵守的規(guī)范)通信技術(shù)。專有通信技術(shù)的一個局限性是：雙方(主設備-從設備、主設備-主設備或從設備-從設備)需要類似設備才能確認收到和讀懂數(shù)據(jù)。通常而言，只有當發(fā)射和接收設備由同一家公司制造或由共同開發(fā)某個解決方案的多家公司制造時，這種情況才有可能發(fā)生(例如，X公司生產(chǎn)的PC能夠與X公司生產(chǎn)的采用某種專有通信技術(shù)的鼠標通信)。

　　然而，隨著越來越多的新型物聯(lián)網(wǎng)設備涌入市場，專有通信技術(shù)開始限制這些設備的適銷性。為了更好地理解這一點，讓我們以可穿戴技術(shù)為例加以說明。很多公司都在專注于開發(fā)各種創(chuàng)新型智能可穿戴設備。它們之中的大多數(shù)并不生產(chǎn)PC、智能手機等主設備。因此，這些公司更愿意看到它們的設備能夠與盡可能多的主設備通信。鑒于此，它們愿意采用大多數(shù)主設備都理解的標準通信技術(shù)。

　　藍牙低功耗(BLE)

　　藍牙低功耗(BLE)(被譽為“藍牙智能”)是藍牙技術(shù)聯(lián)盟(Bluetooth SIG)設計和推出的一種無線通信技術(shù)。BLE瞄準的是具有以下要求的應用：

　　1. 通信距離長達100米。但在SIG的網(wǎng)站上，該規(guī)范并未限制通信距離。這意味著廠商可以生產(chǎn)通信距離大于100米的設備。

　　2. 大部分時間需要使用紐扣電池運行。很多物聯(lián)網(wǎng)設備需要使用標準紐扣電池運行多年。BLE可實現(xiàn)超低的峰值、平均和空閑模式功耗。此外，低占空比設備還能節(jié)省更多電能。

　　3. 多廠商互操作性。作為一個標準，BLE與此前的藍牙版本一樣，也得到了主設備制造商的廣泛采用。很多物聯(lián)網(wǎng)從設備也支持BLE。安卓、iOS、Windows 8、Linux等主流操作系統(tǒng)均原生支持BLE。據(jù)SIG預測，到2018年，90%的智能手機將支持BLE。這個生態(tài)系統(tǒng)有助于實現(xiàn)多廠商互操作性。

　　4. 數(shù)據(jù)傳送速率高達1Mbps

　　BLE協(xié)議棧(圖1：協(xié)議棧)包含3個小組：

　　A. 控制器：對數(shù)據(jù)包進行編碼并使用無線信號發(fā)送它們的實際設備?？刂破鬟€能接收無線信號，并將它們解碼為數(shù)據(jù)。

　　B. 主機：軟件棧，包含各種協(xié)議和規(guī)范(profile)(共同執(zhí)行一個特定的最終應用的一組服務及它們的行為)，負責管理兩個設備之間的通信。

　　C. 應用： 利用控制器和主機執(zhí)行某個特定功能的用例。

　　應用層是藍牙的一大優(yōu)勢。對于開發(fā)人員而言，這意味著除了一組通用的協(xié)議和服務之外，他們還能使用很多專用協(xié)議。藍牙技術(shù)聯(lián)盟為BLE設備定義了幾個規(guī)范(profile) (即設備在某個特定應用中如何運行的規(guī)范)。以HRP(心率)規(guī)范為例。該規(guī)范可讓一個采集器(如一部智能手機)連接用戶身體上的一個心率傳感器，并與其交互。SIF發(fā)布的這個規(guī)范描述了規(guī)范依賴關系(例如，HRP需要一個通用屬性規(guī)范(GATT))、傳感器角色要求、采集器(數(shù)據(jù))角色要求、連接建立規(guī)程、安全事項等等。遵守這個規(guī)范能夠無縫、輕松地讓BLE適用于某個應用。SIG網(wǎng)站列出了所有可用規(guī)范。一個設備可以利用多個規(guī)范。